多種圍護(hù)形式在復(fù)雜環(huán)境條件深基坑工程中的綜合應(yīng)用

張鐘文 蔡明光 汪 磊

1. 杭州市城東新城建設(shè)投資有限公司 浙江 杭州 310000；2. 中國(guó)二十冶集團(tuán)有限公司 浙江 杭州 311200

在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的當(dāng)下，越來越多的建筑工程項(xiàng)目面臨周邊環(huán)境復(fù)雜、可用場(chǎng)地緊張、交通組織困難等難題[1-3]，給其深基坑階段的施工開展帶來一定的挑戰(zhàn)。在周邊環(huán)境復(fù)雜的深基坑項(xiàng)目施工過程中，基坑四周面臨的環(huán)境可能各不相同，單一的基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)形式逐漸難以滿足多樣化的需求[4-6]，若仍采用統(tǒng)一的圍護(hù)形式，可能因過于保守的設(shè)計(jì)而導(dǎo)致高昂的造價(jià)成本，性價(jià)比不高；也有可能因安全系數(shù)不夠而使基坑工程存在潛在安全隱患。因此，對(duì)同一基坑項(xiàng)目采取多種圍護(hù)組合的形式已得到越來越普遍的應(yīng)用。

陳俊生等[7]針對(duì)復(fù)雜環(huán)境條件下的基坑工程，為評(píng)估其施工可行性，將地層分析與三維有限元計(jì)算相結(jié)合，引入場(chǎng)地整體以及基坑邊線附近地層的穩(wěn)定性分析方法，并得到了工程實(shí)例的驗(yàn)證；曾進(jìn)群等[8]依托工程案例，分析了多種支護(hù)形式共用的復(fù)雜條件下的基坑設(shè)計(jì)；江杰等[9]針對(duì)南寧市九州國(guó)際深基坑項(xiàng)目復(fù)雜的周邊環(huán)境，設(shè)計(jì)采取了樁撐、樁撐錨聯(lián)合等多種支護(hù)方案，監(jiān)測(cè)并分析了建筑物與地表沉降、環(huán)梁支撐軸力、樁深層水平位移等相關(guān)數(shù)據(jù)，得到了相關(guān)的研究結(jié)論。

本文在既有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合杭州天城單元R21-40地塊安置房項(xiàng)目深基坑施工實(shí)例，介紹了“SMW工法樁＋預(yù)應(yīng)力錨索”以及“攪拌式錨桿＋放坡”等多種支護(hù)體系的組合應(yīng)用，并闡述了關(guān)鍵施工工藝的操作要點(diǎn)，從而安全高效地實(shí)現(xiàn)了基坑的順利開挖。

1 工程概況

1.1 項(xiàng)目概況

天城單元R21-40地塊安置房項(xiàng)目位于杭州市上城區(qū)，東至新風(fēng)路，南至G12綠地，西至G12綠地、規(guī)劃支路，北至環(huán)站南路（圖1）。建設(shè)內(nèi)容包括19幢高層住宅、2層地下室、配套公建、地下車庫、室外綠化、區(qū)內(nèi)道路等。總用地面積約51 626 m2，總建筑面積234 110.13 m2，地上建筑面積142 443.08 m2。

圖1 項(xiàng)目效果圖

1.2 地質(zhì)條件

根據(jù)野外鉆探，結(jié)合室內(nèi)土工試驗(yàn)成果及原位測(cè)試，按地基土的巖性特征、成因時(shí)代、埋藏分布規(guī)律及物理力學(xué)性質(zhì)等，將擬建場(chǎng)地勘探深度內(nèi)地基土層自上而下分別為：①1雜填土、①3黏質(zhì)粉土、②1砂質(zhì)粉土、②2砂質(zhì)粉土、③1淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、④1黏土、④2粉質(zhì)黏土夾粉砂、⑤1粉質(zhì)黏土、⑤2粉質(zhì)黏土夾粉砂、⑤3粉砂、⑥礫砂。其中，砂質(zhì)粉土滲透性較強(qiáng)，易發(fā)生流砂等現(xiàn)象。

1.3 地下水條件

孔隙性潛水主要賦存于上部填土及粉土層中，粉土透水性較差，上部填土透水性較好，水量一般。場(chǎng)地內(nèi)孔隙潛水主要受大氣降水的豎向入滲補(bǔ)給和河水的側(cè)向入滲補(bǔ)給，多以蒸發(fā)方式排泄。水位受季節(jié)及氣候條件影響，勘察期間測(cè)得的地下水靜止水位埋深介于1.4～2.7 m之間，相當(dāng)于相對(duì)高程3.15～4.53 m。年變化幅度一般在1.0～2.0 m。孔隙潛水對(duì)基坑坑壁穩(wěn)定性有一定的影響。

孔隙承壓水賦存于下部⑤3粉砂、⑥礫砂層中，⑤3粉砂及⑥礫砂層水體具連通性，富水性好。根據(jù)地區(qū)經(jīng)驗(yàn)，承壓水水頭高度約為－2.0 m（1985國(guó)家高程基準(zhǔn)），對(duì)樁基設(shè)計(jì)及施工有一定的影響。

1.4 周邊環(huán)境

本項(xiàng)目周邊環(huán)境較為復(fù)雜，周邊市政道路或在施工地環(huán)繞，尤其是西南側(cè)鄰近既有京杭大運(yùn)河，對(duì)基坑開挖有不利影響，具體如圖2所示。

圖2 項(xiàng)目周邊環(huán)境示意

1.5 圍護(hù)設(shè)計(jì)概況

本工程±0 m相當(dāng)于黃海高程6.60 m，周邊自然地面標(biāo)高取6.00 m，相對(duì)標(biāo)高－0.60 m。地下1層底板底標(biāo)高－5.60 m，地下2層底板面標(biāo)高－9.10 m，地下2層底板墊層底標(biāo)高－9.75 m，地下2層地庫承臺(tái)墊層底標(biāo)高－10.00 m，主樓筏板墊層底－10.30～－9.90 m，開挖底標(biāo)高考慮至地庫承臺(tái)墊層底、主樓筏板墊層底。基坑深度6.20～10.49 m，電梯井坑中坑深度1.50 m（底標(biāo)高－12.10 m），消防集水井坑中坑深度3.00 m（底標(biāo)高－13.60 m）。

基坑開挖總面積約4.5萬 m2，平均開挖深度約為9.5 m，土方開挖總量約43萬 m3。根據(jù)基坑圍護(hù)設(shè)計(jì)，支護(hù)體系為“SMW工法樁＋預(yù)應(yīng)力錨索”及“攪拌式錨桿＋放坡”，場(chǎng)地四周采用三軸攪拌樁止水帷幕整體封閉。

本基坑支護(hù)工程結(jié)構(gòu)中SMW工法樁直徑為850 mm，間距600 mm，采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，基坑周邊止水樁水泥摻入量22%（空攪部分水泥摻入量減半），水灰比1.5；型鋼采用H700 mm×300 mm×13 mm×24 mm，間距1 200 mm，隔一插一，樁長(zhǎng)為15、18 m這2種規(guī)格。

本支護(hù)工程采用預(yù)應(yīng)力錨索間距約1 200 mm，長(zhǎng)度為18 m，與水平方向夾角15°，內(nèi)置3根φ15.2 mm無黏結(jié)鋼絞線。采用的φ150 mm攪拌式錨桿分為2種：一種間距1 200 mm，長(zhǎng)度6 m，水平方向夾角15°；另一種間距1 200 mm，長(zhǎng)度9 m，水平方向夾角20°。

2 施工重難點(diǎn)分析

1）基坑開挖面積較大，開挖深度大。基坑面積約45 000 m2，南北向長(zhǎng)度約290 m，東西向?qū)挾?50 m；開挖深度9.5 m左右，基坑安全是重點(diǎn)。要求施工前編制專項(xiàng)施工方案并通過專家論證，施工時(shí)盡量縮短基坑無支撐暴露時(shí)間，土方每層開挖厚度≤1.5 m，并限時(shí)完成支撐施工。

2）場(chǎng)地土開挖范圍內(nèi)為砂質(zhì)粉土，強(qiáng)度較高，滲透性強(qiáng)，容易發(fā)生流砂、管涌等工程問題。現(xiàn)場(chǎng)巡視和應(yīng)急管理要求高。

3）基坑圍護(hù)形式多樣，多種形式結(jié)合，合理部署是重點(diǎn)。需進(jìn)行不同圍護(hù)形式間的銜接節(jié)點(diǎn)深化，保證施工順利進(jìn)行。

4）土方開挖階段正值雨季施工，需合理布置現(xiàn)場(chǎng)截水溝、排水溝，做好基坑內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)排水及施工組織。

5）鄰近運(yùn)河施工，基坑降水是關(guān)鍵。需嚴(yán)格保證圍護(hù)結(jié)構(gòu)的施工質(zhì)量，土方開挖前，通過坑外觀測(cè)井對(duì)止水帷幕的封閉性做試驗(yàn)，質(zhì)量滿足要求后，方可開始土方開挖。同時(shí)，需加強(qiáng)施工期間的土體變形、京杭大運(yùn)河的水位變化等監(jiān)測(cè)工作。

3 施工部署策略

3.1 施工分區(qū)

1）圍護(hù)分區(qū)。平面分區(qū)按照后澆帶分為7個(gè)部分，分別為1—7區(qū)。圍護(hù)結(jié)構(gòu)分2組施工，一組從7區(qū)順時(shí)針向1區(qū)施工，另一組由1區(qū)順時(shí)針向7區(qū)施工，如圖3所示。

圖3 基坑平面分區(qū)示意

2）土方分區(qū)。本工程開挖深度約為9.5 m，混凝土支撐底位于－4.60 m，第2道錨索底標(biāo)高為－7.35 m，總體分為3層土方開挖施工。第1層土方開挖按照后澆帶分為7個(gè)部分，分別為1—7區(qū)。分為兩部分同時(shí)施工，北側(cè)施工順序?yàn)?區(qū)→4區(qū)→5區(qū)→6區(qū)，從3#大門出土；南側(cè)施工順序?yàn)?區(qū)→3區(qū)→2區(qū)，從1#大門出土。第2層、第3層土方開挖根據(jù)施工部署，混凝土支撐施工完成后開始。分區(qū)按照后澆帶分為7個(gè)部分，分別為1—7區(qū)。分為兩部分同時(shí)施工，北側(cè)施工順序?yàn)?區(qū)→4區(qū)→5區(qū)→6區(qū)，從3#大門出土；南側(cè)施工順序?yàn)?區(qū)→3區(qū)→2區(qū)，從1#大門出土。

3.2 豎向分段及施工順序

豎向總體分為3層。其中，－4.60～－0.60 m土方開挖、壓頂梁施工、支撐施工、圍檁施工、預(yù)應(yīng)力錨索（局部）、攪拌式錨桿施工、邊坡土體加固施工為第1層。－7.50～－4.60 m土方開挖、換撐帶施工、預(yù)應(yīng)力錨索施工（局部）、攪拌式錨桿施工、邊坡土體加固施工為第2層。－10.00～－7.50 m土方開挖、底板施工為第3層。

4 施工關(guān)鍵工藝

4.1 基坑降水

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，本工程坑內(nèi)降水采用自流深井降水和基坑明溝排水方案。

基坑開挖范圍內(nèi)地基土層以填土和粉土粉砂層為主，滲透性較大，須采取降排水措施；本基坑通過設(shè)置在坑內(nèi)的自流深井進(jìn)行降水，如圖4所示。坑外設(shè)控制性降水井。基坑正式開挖前，需提前7 d進(jìn)行降水，確保坑內(nèi)地下水位在開挖面以下不少于1.0 m。對(duì)于外地表水，在基坑邊坡頂部四周設(shè)置截水溝，采用磚砌的300 mm×400 mm排水溝，并每隔30 m左右設(shè)置集水坑。降水停止的時(shí)間應(yīng)在基坑回填后且滿足結(jié)構(gòu)抗浮設(shè)計(jì)要求。

圖4 基坑降水井結(jié)構(gòu)示意

4.2 SMW工法樁

SMW工法樁的搭接與成形、攪拌樁的垂直度補(bǔ)正，是依靠攪拌樁單孔重復(fù)套打來實(shí)現(xiàn)的，以確保攪拌樁的隔水帷幕作用。對(duì)于圍護(hù)墻轉(zhuǎn)角處或有施工間斷的情況下，SMW工法樁搭接施工采用單側(cè)擠壓式連接方式，如圖5所示。

圖5 SMW工法樁單側(cè)擠壓式連接示意

4.3 預(yù)應(yīng)力旋噴錨索

4.3.1 錨索制作與安放

鋼絞線嚴(yán)格按設(shè)計(jì)尺寸下料，每股長(zhǎng)度誤差不大于50 mm。鋼絞線按一定規(guī)律平直排列，桿索錨固段沿桿體軸線方向每隔1.5 m設(shè)置一個(gè)架線環(huán)，注漿管應(yīng)與桿體綁扎牢固。錨索自由段用塑料管包裹，與錨固段相交處的塑料管管口用防水膠布封住。

組裝好的錨索（包括注漿管）在鉆孔結(jié)束后立即放入孔內(nèi)。安放時(shí)，防止桿體扭壓、彎曲，并插入至設(shè)計(jì)深度且確保拉桿處于鉆孔中心位置。鋼絞線為3根φ15.2 mm預(yù)應(yīng)力鋼絞線，長(zhǎng)度為15、18 m（梁外預(yù)留1.2 m張拉使用）。

4.3.2 注漿施工

注漿管的出漿口應(yīng)插入距孔底300 mm以下，漿液應(yīng)自下而上連續(xù)灌注，且確保從孔內(nèi)順利排水排氣，注漿后不得隨意敲擊或拉拔桿體，也不得在桿體上懸掛重物。灌注的水泥漿要取樣做室內(nèi)抗壓試驗(yàn)，以復(fù)核其強(qiáng)度指標(biāo)。注漿作業(yè)開始時(shí)，先用稀水泥漿循環(huán)注漿1～2 min，確保注漿時(shí)漿液暢通。

4.3.3 腰梁安裝

本項(xiàng)目采用槽鋼腰梁，腰梁背后為SMW工法樁，要求腰梁安裝前進(jìn)行工法樁的平整工作，保證所有腰梁安裝在同一水平面，各段腰梁采用焊接將其連成一個(gè)整體。

4.3.4 錨索的張拉鎖定

張拉前應(yīng)對(duì)張拉設(shè)備進(jìn)行標(biāo)定；張拉設(shè)備可用YC-6C型穿心式千斤頂和SY-60油泵，當(dāng)張拉到設(shè)計(jì)荷載時(shí)，鎖緊錨索，完成錨定工作。錨索的張拉順序應(yīng)考慮鄰近錨索的相互影響。大千斤頂進(jìn)行整排錨索的正式張拉時(shí)，宜采用跳拉法或往復(fù)式拉法，以保證鋼絞線與橫梁受力均勻。

4.3.5 錨索回收

地下室外墻與圍護(hù)樁間預(yù)留一定距離用于錨索回收，地下1層水平結(jié)構(gòu)樓板對(duì)應(yīng)位置處外墻與圍護(hù)樁間設(shè)置素混凝土傳力帶，傳力帶混凝土養(yǎng)護(hù)達(dá)到強(qiáng)度后即可進(jìn)行錨索回收。在地下室回填過程中回收錨索，邊回填邊回收，應(yīng)確保100%回收。

本項(xiàng)目的預(yù)應(yīng)力旋噴錨索典型施工剖面如圖6所示。

圖6 預(yù)應(yīng)力旋噴錨索典型剖面示意

4.4 攪拌式錨桿

1）錨桿定位和鉆進(jìn)角度應(yīng)準(zhǔn)確，可制作相應(yīng)模具輔助定位。陽角區(qū)攪拌水泥土錨桿有交叉處，施工錨桿時(shí)上下錯(cuò)位5°～10°。各類設(shè)備應(yīng)就近安裝固定管線，不宜過長(zhǎng)，以防壓力和流量消耗。

2）漿體應(yīng)經(jīng)過攪拌機(jī)充分?jǐn)嚢杈鶆蚝蟛拍荛_始?jí)鹤ⅲ?yīng)在注漿過程中不停緩慢攪拌，攪拌時(shí)間應(yīng)小于漿液的初凝時(shí)間。漿液在泵送前應(yīng)經(jīng)篩網(wǎng)過濾。當(dāng)鉆機(jī)停鉆時(shí)，應(yīng)停止注漿，以免漿液堵塞注漿孔。

3）應(yīng)注意檢測(cè)注漿泵的流量和鉆進(jìn)速度是否匹配，通過核準(zhǔn)每根錨桿的水泥用量，檢查是否達(dá)到了設(shè)計(jì)的注漿量。注意觀察注漿機(jī)的壓力表，防止注漿管路堵塞導(dǎo)致發(fā)生爆裂。

4）若錨桿位置與三軸攪拌樁止水帷幕相沖突，可通過與設(shè)計(jì)方確認(rèn)，采取錨桿長(zhǎng)度縮減、增加錨桿根數(shù)的方式進(jìn)行處理。

本項(xiàng)目的攪拌式錨桿典型施工剖面如圖7所示。

圖7 攪拌式錨桿典型剖面示意

5 結(jié)語

杭州天城單元R21-40地塊安置房項(xiàng)目周邊環(huán)境復(fù)雜，基坑支護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)采取了多種圍護(hù)形式組合的方法，即“SMW工法樁＋預(yù)應(yīng)力錨索”和“攪拌式錨桿＋放坡”，施工中面臨地質(zhì)條件差、鄰近運(yùn)河、雨季施工、工序銜接要求高等難題。本文通過總結(jié)復(fù)雜環(huán)境下的深基坑施工技術(shù)，使近10 m的深基坑工程比原定工期提前半個(gè)月完成，縮短了施工周期，降低了施工成本，保證了基坑安全，取得了良好的綜合效益，為類似工程積累了成功經(jīng)驗(yàn)。